Czujnik temperatury

Definicja: Przetwornik temperatury to urządzenie elektryczne, które przekształca energię termiczną w wielkości fizyczne takie jak przemieszczenie, ciśnienie lub sygnał elektryczny. Jego podstawowym zadaniem jest automatyczne pomiary temperatury. Podstawowym zasądkiem działania przetwornika temperatury jest wykrycie ciepła i następnie przekształcenie tej informacji w czytelny format do przesyłania.

Charakterystyka przetwornika temperatury

• Wejście zawsze stanowi wielkość termiczna.

• Przetworniki zazwyczaj przekształcają wielkość termiczną w wielkość zmiennoprzecinkową.

• Są one używane do pomiaru temperatury i przepływu ciepła w urządzeniach.

Element czujnikowy

Element czujnikowy zastosowany w przetworniku temperatury musi posiadać właściwość zmiany swoich charakterystyk w odpowiedzi na zmiany temperatury. Na przykład, w termometrze oporowym metalem czujnikowym jest platyna. Kluczowe wymagania dla elementu czujnikowego są następujące:

• Element czujnikowy temperatury przekształca temperaturę w ciepło.

• Powinna wystąpić znacząca zmiana oporu w stosunku do temperatury.

• Element czujnikowy musi mieć wysoką oporność.

Typy przetworników temperatury

Przetworniki temperatury są głównie klasyfikowane na dwa szerokie typy:

Urządzenia czujników temperatury kontaktowych

W tym typie przetwornika, element czujnikowy jest bezpośrednio połączony z źródłem ciepła. Przenoszenie ciepła zachodzi poprzez zjawisko przewodzenia, które jest procesem, w którym ciepło jest przenoszone z jednego substancji do innej bez ruchu samych substancji.

Urządzenia czujników temperatury niekontaktowych

Tutaj, element czujnikowy nie ma bezpośredniego kontaktu ze źródłem ciepła. Zamiast tego, polegają one na zjawisku konwekcji do przenoszenia ciepła. Konwekcja to proces, w którym ciepło jest przenoszone przez ruch substancji.

Termometry oporowe są klasyfikowane na dwa główne typy:

• Termometry oporowe o ujemnym współczynniku temperaturowym (NTC): Są one przede wszystkim używane do pomiaru temperatury. Jak sama nazwa wskazuje, opór termistora NTC maleje, gdy temperatura rośnie. Ta cecha sprawia, że są one bardzo skuteczne w dokładnym wykrywaniu zmian temperatury.

• Termometry oporowe o dodatnim współczynniku temperaturowym (PTC): Termometry PTC są głównie wykorzystywane do sterowania prądem. Gdy temperatura wzrasta, opór termistora PTC również się zwiększa. Ta właściwość pozwala im regulować przepływ prądu elektrycznego w różnych zastosowaniach.

• Zasada działania termometrów oporowych: Metale mają właściwość, która polega na tym, że ich opór zmienia się wraz z temperaturą. Termometry oporowe wykorzystują tę zasadę do pomiaru temperatury. Platyna jest często stosowana jako element czujnikowy w termometrach oporowych wysokiej precyzji. Dzięki stabilnej i przewidywalnej relacji między oporem a temperaturą, te termometry mogą dokładnie mierzyć temperaturę otoczenia. Mierząc opór elementu platynowego, można dokładnie określić odpowiadającą mu temperaturę, co czyni termometry oporowe niezawodnym wyborem dla szerokiego zakresu zastosowań monitorowania temperatury.

Termostaty: Termostat to urządzenie, które przekształca temperaturę w energię elektryczną w punkcie styku. Działa na zasadzie, że różne metale mają różne współczynniki temperaturowe. Gdy dwa różne metale są połączone, tworząc złącze, występuje zjawisko znanego jako efekt Seebecka. Gdy temperatura w złączu się zmienia, indukuje się napięcie wzdłuż złącza. Istotnie, to wywołane napięcie jest proporcjonalne do różnicy temperatur między złączem a punktem odniesienia. Ta liniowa zależność między wygenerowanym napięciem a temperaturą pozwala termostatom być bardzo skutecznymi w dokładnym pomiarze temperatury. Są szeroko stosowane w różnych przemysłowych, naukowych i domowych zastosowaniach, gdzie precyzyjne monitorowanie i kontrola temperatury są kluczowe, takie jak w piecach, piekarnikach i systemach kontroli procesów przemysłowych.

Zintegrowany przetwornik temperatury: Zintegrowany przetwornik temperatury (IC) wykorzystuje kombinację elementu czujnikowego i obwodu elektronicznego do pomiaru temperatury. Ten typ przetwornika charakteryzuje się liniową odpowiedzią, co upraszcza proces przekształcania zmierzonej temperatury w sygnał elektryczny, który można łatwo interpretować. Jednak jednym z istotnych ograniczeń zintegrowanego przetwornika temperatury jest jego stosunkowo wąski zakres pracy. Zwykle funkcjonuje w zakresie temperatur od 0°C do 200°C. Ten ograniczony zakres ogranicza jego zastosowanie w niektórych środowiskach o wysokich lub niskich temperaturach, gdzie wymagany jest szerszy zakres temperatur.

Pomimo tego ograniczenia, zintegrowane przetworniki temperatury są szeroko stosowane w wielu zastosowaniach, takich jak sprzęt elektroniczny konsumenta, gdzie ich kompaktowy rozmiar, liniowość i względnie proste łączenie czynią je preferowanym wyborem do monitorowania temperatury w określonym zakresie temperatur. Urządzenia czujników niekontaktowych można dalej podzielić na podkategorie, z jednym przykładem będącym termistorem. Termistor to rodzaj rezystora, którego opór zmienia się wraz z temperaturą. Jego opór jest mierzony poprzez przepuszczanie małego, zmierzonego prądu stałego, co powoduje spadek napięcia na oporności.